玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统设计与试验

针对玉米中耕追肥时肥料利用率低、液压驱动变量施肥转速控制效果差,以及电机驱动力不足等问题,设计了大垄双行玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统。系统主要包括光谱传感器、车载计算机、控制系统及液压系统。电控液压系统主要由液压泵站、电磁比例阀、液压马达、编码器及移动控制器等组成。移动控制器以微控制单元为核心,通过PID控制算法输出PWM信号,驱动电磁比例阀,达到稳定控制液压马达转速目的。搭建室内台架试验台,采用MatLab对电控驱动系统PID控制进行仿真测试,以减少整定PID系数次数,提高整定效率,初步确定PID参数分别为K_P=4.59、K_I=0.469、K_D=0.117。室内台架试验结果表明:确定PID控制参数分别为0.73、0.47、0.40,设定转速指令为100r/min时,电控液压驱动系统的超调量为13%、响应时间为0.85s,系统等幅振荡稳定后平均转速为99.8r/min,转速偏差为0.2%,转速控制精度高。田间试验表明:电控液压驱动系统控制精度高,在不同转速下转速控制精度可达98%,均可达到稳定控制的效果,可满足玉米中耕变量施肥精准控制的要求。     

玉米免耕变量施肥播种机作业质量监控系统设计与试验

针对中原地区玉米大规模播种作业质量缺乏有效监控手段、播种作业数据信息利用率偏低等问题,设计了玉米免耕变量施肥播种机作业质量监控系统,包括播种质量监测子系统和变量施肥质量监控子系统.播种质量监测子系统通过STM32单片机实现播量统计和漏播量等播种信息采集;变量施肥质量监控子系统通过PLC实现堵塞、缺肥和施肥量等作业信息采...     

四要素变量施肥机肥箱施肥量控制算法设计与试验

针对黑龙江农垦地区垄作玉米施肥过程中遇到的肥料分层问题,设计了一种四要素变量施肥控制系统。系统采用电液比例控制技术,主要由液晶显示终端、变量施肥控制器、4路液压马达和编码器、4路排肥机构（排肥轴和外槽轮）和GNSS模块组成。为了实现氮肥、磷肥、钾肥和微肥的一次性及时、准确施用,提出了一种基于复合交叉原则的各路施肥量确定策略,基于PID技术设计了液压马达控制算法。根据用户在变量施肥控制软件中设置的目标施肥量,系统自动确定各肥箱精确施肥量,基于PID液压马达控制算法,实时计算4路液压马达的目标转速,同步向控制器发送4路转速指令,一次性完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种肥料的同步变量施用。为了验证各路施肥量控制算法的效果,分别进行了PID算法响应时间和精度试验、变量施肥系统单质肥排肥性能验证试验和作业条件下各肥箱施肥量控制算法验证试验。试验结果表明,基于PID技术的排肥轴转速控制算法响应时间不大于0.5s;变量施肥系统单质肥排肥性能误差绝对值不大于3%;作业条件下各路施肥量控制算法显著减少了氮素的施用量,实现了氮肥、磷肥、钾肥的精确投入。四要素变量施肥机各路施肥量控制算法完全满足了垦区玉米施肥精确、均匀施用的要求。     

果园有机肥深施机分层变量排肥控制系统设计与试验

果园不同深度的土壤养分不同,果树根系分层吸肥能力不同,有机肥分层变量深施可以解决传统施肥存在的养分分布不均和肥料利用率低等问题。针对有机肥分层变量深施的排肥控制问题,本文设计了排肥控制系统,可以根据用户设置的各层理论排肥量和作业速度,实时计算液压马达的理论转速,并采用PID算法控制比例流量阀开度,调节马达转速驱动螺旋输送器排肥,实现分层变量排肥。将AMESim中建立的液压系统模型与在Matlab/Simulink中建立的控制模型进行联合仿真,整定PID参数。液压马达转速调节性能试验中最大超调量为14r/min,达到稳定转速的时间最大为6s,控制性能较好,表明通过AMESim-Matlab/Simulink联合仿真,能够快速便捷地整定PID参数,结果准确可靠。排肥控制性能试验中排肥量相对误差最大6.20%,变异系数最大8.69%,排肥量准确性和均匀性均达到要求。设计的控制系统具有较好的性能,能为果园有机肥分层变量深施提供技术支撑。     

一种自走式施肥机变量施肥控制系统改进

针对丘陵山区现有的自走式施肥机变量控制系统存在惯性大、非线性以及不能及时响应等,传统PID控制策略很难达到精准施肥要求。为此,在建立施肥控制系统数学模型的基础上,采用模糊PID对排肥轴转速进行控制,然后在Simulink工具箱搭建该控制系统的PID仿真模型。分析、对比传统参数整定的PID控制和自适应模糊PID控制系统性能差异。模型仿真和田间试验结果表明：自适应模糊PID控制器改进后的系统模型,响应时间为0.7 s,超调量3.36%,相比传统PID控制模型具有更好的动静态特性;而且在排肥控制性能试验中,单穴排肥量误差为1.52%～5.10%,变异系数最大为4.31%,排肥量准确性和均匀性均达到要求,改进的控制系统性能更优。     

基于PLC的变量施肥控制系统设计与试验

提出了一个以PLC为主机,集成光学传感器和控制装置的变量施肥控制系统。根据实时监测的作物光谱信息和施肥机具的实际前进速度调节施肥量。系统采用无损测试技术和模糊控制算法,通过归一化植被差异指数测量仪实时获取归一化植被差异指数,结合施肥机具行进速度调节执行机构中的电磁阀,实现实时变量施肥。     

半自动变量施肥控制器的研究与开发

针对当前国内农业生产的发展情况,介绍了一种适合国内粮食产区推广使用的变量施肥控制器.该变量施肥控制器结合我国目前国产的施肥设备均采用普通外槽轮作为施肥机肥料计量装置的特点,控制系统通过调整外槽轮的转动速度达到调整肥料量的目的.利用该控制系统可以在土壤肥力不一致的情况下,用预先划分地块不同施肥量的方法,通过驾驶员在行驶过程中自动调整施肥量指示按钮,达到精准变量施肥的目的.同时,对控制器电子结构及软件设计进行了详细的介绍,对系统使用不同肥料进行了控制性能试验和检测.     

基于ZigBee的液肥变量深施系统设计与试验

为了提高液肥深施效率,设计了一种基于ZigBee的液肥变量深施系统.该系统采用远程电脑终端与STM32F103RET6控制器同步结合实现液肥输出监测与控制:监控液肥水位值的同时利用流量传感器采集当前流量值,并通过ZigBee无线通讯协议传输数据;根据流量预设值,利用增量式PID算法动态调整变频器频率,最终使试验系统能够精确控制液肥流量输出.在试验系统的基础上,通过液肥深施试验以探讨施肥深度、变频器频率、注肥压力、系统用泵的回水开度等参数对流量精确控制的影响,并利用试验数据建立精准控制流量的数学模型.果园试验结果表明,液肥变量深施系统整机施肥精度最高可达99.52%,单次施肥的液肥损耗量最大值为0.22 L/min;在改变施肥深度的情况下,系统液肥输出流量的最大差值为0.15 L/min,变频器频率的最大差值为0.79 Hz.在改变回水开度的情况下,确定了试验中系统的最佳工作参数,即回水开度在40%时,系统工作最为稳定,流量输出误差小,液肥损耗量少.     

基于模糊PID的变量液体施肥控制系统

变量液体施肥控制系统具有大惯性、非线性和参数时变的特点,采用传统的PID控制方法很难实现准确的控制。为此,在建立电动执行器的数学模型的基础上,采用自适应模糊PID对液体肥流量进行自动控制,并利用Mat Lab对变量液体施肥控制系统进行建模和仿真及实验验证。仿真与实验结果表明:变量液体施肥控制系统采仿真时,自适应模糊PID控制系统的动态静态指标明显高于常规PID控制;系统超调量、调整时间明显改善,即超调量为1.5%,系统进入稳态所需时间为0.86s。变量液体施肥控制系统实验时,PID控制变量液体施肥系统的响应时间为1.6s,超调量为7.8%。模糊PID控制变量液体施肥系统的响应时间为0.8s,超调量为0,使施肥量更有效地保持在给定范围。该方法可为变量液体施肥控制提供一种有效的控制方法。     

数据分析技术在变量施肥系统设计中的应用

以作物生长施肥过程为研究对象,对不同土壤条件中的作物生长信息进行数据分析,建立一种智能化变量施肥决策控制系统.以作物叶绿素和作物生长信息之间的相互关系为依据,对有限空间范围内的相关环境参数数据进行处理,结合农田试验数据,形成基于土壤肥力和作物叶绿素的两种施肥模型.使用系统开发工具,建立基于数据分析技术的变量施肥决策控制...     

水稻高速插秧机固体颗粒肥料变量施肥装置设计与试验

变量施肥技术是实施科学施肥的重要手段，可使施肥更精准、更有针对性，有效减少农田污染。在水稻高速插秧与同步施肥作业时，施肥量的调节主要采用提前标定方式调控，其调控费时、精度不稳定。为快速准确地调节施肥量，实现变量施肥作业，本文设计了一种自动控制的固体颗粒肥料变量施肥装置，阐述了变量施肥装置总体结构和工作原理，进行了关键部件设计与试验；以单片机STM32为控制核心，构建了施肥量在线检测及智能调控系统。采用试验设计优化方法，对肥料流量在线检测系统性能与主要影响因素进行试验，确定了最佳因素组合；通过试验分别构建了3种主要固体颗粒肥料检测流量与压电片电压之间的关系模型、3种主要固体颗粒肥料实际流量与排肥轴转速之间的关系模型、排肥轴转速与电动推杆工作长度和插秧机前进速度之间的关系模型，并对模型进行试验验证与分析。开展了排肥轴转速分别为20、25、30 r/min肥料质量检测精度试验，当插秧机前进速度为1 m/s匀速条件下，3种肥料总体质量检测精度平均值分别为94.45%、93.85%和93.15%;进行了复合肥施肥量为200、250、300 kg/hm²和尿素施肥量为165、...     

基于RBF的电液变量施肥控制系统PID参数整定

电液变量施肥控制系统的非线性和PID算法的局限性,导致常规PID控制已不能满足控制系统性能要求。为此,提出了基于RBF神经网络整定PID参数的方法,利用自适应RBF神经网络辨识被控对象Jacobian信息,采用梯度下降法计算PID参数Δk_p、Δk_i、Δk_d,对系统进行增量式PID控制。与采用增量式PID的系统阶跃响应曲线对比可知,利用RBF-PID算法的系统具有良好的动态性能及较强的自适应性。     

基于模糊PID的冬小麦变量追肥优化控制系统设计与试验

为了实现冬小麦实时变量精确追肥,研究了基于模糊PID控制技术的变量追肥机追肥量实时调整算法,通过对排肥器转速和开度双变量调节,实现追肥量的优化控制。系统首先采用粒子群优化算法确定PID控制器参数的初始值,然后通过实时获取冬小麦冠层归一化植被指数和排肥器实时状态,结合模糊控制理论和PID控制技术,对PID参数进行在线整定,实时调整排肥器的转速和开度,从而实现追肥量的最优控制。试验结果表明:施肥过程中,施肥量存在波动性。但施肥量变异系数小,最大为3.22%,均值为2.09%,可以满足田间变量施肥的要求。模糊PID控制算法具有良好的动态稳定性和跟踪性能,无论是室内试验还是大田试验的控制精度均达到86%以上。     

基于嵌入式通信系统的变量施肥虚拟样机优化设计

为了达到液态施肥机高速作业的目标,提出了一种新的施肥机施肥变量控制的方法,该方法主要采用Pro/E和ADMAS联合仿真的方式对机构的机械运动轨迹进行验证,采用模糊控制和二阶差分算法降低施肥量的误差,使用PLC实现施肥数据的处理和通信。为了验证该方法的有效性和可靠性,应用三维造型设计软件Pro/E,绘制机构各零部件模型并装配,通过改变保存文件的类型实现Pro/E与ADAMS数据交换,在ADAMS中建立机构虚拟样机和运动学仿真,得到了施肥机虚拟样机的运动轨迹。最后,通过PLC嵌入式通信系统的优化,得到了虚拟样机施肥量随速度变化曲线,并将优化前后的施肥准确度和效率进行了对比。通过对比发现:使用PLC嵌入式系统优化后的施肥机,施肥的精确性得到了明显的改善,且施肥效率较高,为变量施肥控制的研究提供了理论参考。     

基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机作业效果评价

为了进一步提高肥料利用率,解决黑龙江垦区垄作玉米施肥作业过程中由于颗粒肥密度不同而造成的肥料分层问题,基于沃尔2BJM施肥机,设计了一套适合垄作玉米四要素变量施肥的控制系统。系统集成了亚米级差分GNSS装置,采用电液比例控制技术分别控制4路排肥轴转速。系统根据用户设置的目标施肥量,实时计算液压马达的目标转速,并同步向肥料控制器发送转速指令。控制器通过光电编码器反馈的马达转速信号,调节比例阀开度,一次完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种单质肥同步变量施用。田间试验结果表明,各路施肥管误差均小于3.00%,变异系数均小于0.05;与传统施肥机同期作业效果对比表明,玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD值与传统施肥区并无明显差异,但变量施肥减小了田块中玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD的空间差异性。尿素施用量由217kg/hm2减少到了150kg/hm2,减少了30.88%;二胺由232kg/hm2减少到了200kg/hm2,减少了13.79%;钾肥由原来的79kg/hm2增加到了108kg/hm2,增加了36.70%。肥料的投入成本减少了160元/hm2,变量施肥测产数据为12200kg/hm2,产量增加了217kg/hm2,较传统施肥区增产1.78%,收入增加508元/hm2。综合考虑系统误差、玉米生长指标和最终产量数据,基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机满足黑龙江垦区玉米施肥作业实际要求,有效解决了肥料分层问题,显著提高了肥料利用率。     

基于模糊免疫PID算法的变量施肥技术研究

提出了针对多种肥料自动配比变量施肥的技术方案。机械结构方面设计了多个独立的料箱,每个料箱均能够独立被微控制器控制;肥料流量控制则是根据肥料流量以及施肥机械的行走速度,采用了基于模糊免疫PID算法对伺服电机进行控制;在算法性能方面,采用Mat Lab软件对模糊免疫PID算法和传统PID算法做了比较,证明了算法的鲁棒性和稳定性;最后,设计田间作业实验方案,通过实验数据证明了该变量施肥系统施肥精度高、可重复性好。